Research of the optimization problem of structure hierarchical communication network with changing its parameters
The article is devoted to the study of the problem of optimizing the hierarchical structure of a multicommodity communication network with discrete flows when changing its important parameters, such as the capacity of network arcs in transport blocks and the size of the transport block for transport...
Saved in:
| Date: | 2024 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Kyiv National University of Construction and Architecture
2024
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://es-journal.in.ua/article/view/301754 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Environmental safety and natural resources |
Institution
Environmental safety and natural resources| id |
es-journalinua-article-301754 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Environmental safety and natural resources |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2024-05-31T13:43:50Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
hierarchical communication networks discrete flows and parameters optimization problems computer modeling |
| spellingShingle |
hierarchical communication networks discrete flows and parameters optimization problems computer modeling Vasyanin, Volodymyr O. Trofymchuk, Oleksandr M. Ushakova, Liudmyla P. Research of the optimization problem of structure hierarchical communication network with changing its parameters |
| topic_facet |
hierarchical communication networks discrete flows and parameters optimization problems computer modeling ієрархічні комунікаційні мережі дискретні потоки і параметри задачі оптимізації комп'ютерне моделювання |
| format |
Article |
| author |
Vasyanin, Volodymyr O. Trofymchuk, Oleksandr M. Ushakova, Liudmyla P. |
| author_facet |
Vasyanin, Volodymyr O. Trofymchuk, Oleksandr M. Ushakova, Liudmyla P. |
| author_sort |
Vasyanin, Volodymyr O. |
| title |
Research of the optimization problem of structure hierarchical communication network with changing its parameters |
| title_short |
Research of the optimization problem of structure hierarchical communication network with changing its parameters |
| title_full |
Research of the optimization problem of structure hierarchical communication network with changing its parameters |
| title_fullStr |
Research of the optimization problem of structure hierarchical communication network with changing its parameters |
| title_full_unstemmed |
Research of the optimization problem of structure hierarchical communication network with changing its parameters |
| title_sort |
research of the optimization problem of structure hierarchical communication network with changing its parameters |
| title_alt |
Дослідження задачі оптимізації структури ієрархічної комунікаційної мережі при зміні її параметрів |
| description |
The article is devoted to the study of the problem of optimizing the hierarchical structure of a multicommodity communication network with discrete flows when changing its important parameters, such as the capacity of network arcs in transport blocks and the size of the transport block for transportation of the discrete small-lot cargo or of the data transmission in a digital communication network. The network has three levels of hierarchy – a backbone, a zonal and an internal and four types of nodes - backbone nodes of the first, second and third types, forming the backbone and zonal levels of the network, and nodes of the fourth type, which subordinate to each backbone node and forming the internal levels of the network. Types of nodes differ from each other in terms of functionality. The main task of the study is to establish how the structure of the backbone network changes (the number and location of backbone nodes of the first, second, and third types), the flow processing and distribution scheme, and the technical and economic indicators of the network's functioning for different values of its parameters. The principles of organization of sorting and distribution of flows in a three-level network and its mathematical model are given. A mathematical model of the optimization problem of the backbone network structure and flow sorting and distribution scheme is formulated. Algorithms for solving the problem are based on the discrete analogue of the local descent method proposed by the authors earlier, when the neighborhoods of the metric space of possible solutions are chosen based on heuristic considerations, taking into account the specifics of the problem being solved. Computer modeling of the problem on a network containing 10 nodes at the specified change in the both parameters is carried out. The modeling was carried out on the example of the transport network of cargo transportation using a computer program that is part of the instrumental software of the Information and Analytical Decision Support System (IA DSS), which is being developed at the Institute of Telecommunications and Global Information Space of the National Academy of Sciences of Ukraine. An experimental study of solution the problem showed that the structure of the network is weakly dependent on the change in the carrying capacity of the arcs and the size of the transport block. The proposed computer technology for solving problem when the network parameters are changed allows you to interactively modeling various options of a network, changing the topology, hierarchical structure, flows, parameters and constraints of the model and from the set of the obtained solutions to choose a best option, taking into account the selected a goal function and the accepted constraints; calculate preliminary technical and economic indicators of the network's functioning, estimate the cost of additional resources and plan the amount of investment required for the modernization and construction of its structural elements, which ultimately makes it possible to increase the efficiency functioning of the network by optimizing use of its resources and reducing the operating costs for the processing and transportation of flows. |
| publisher |
Kyiv National University of Construction and Architecture |
| publishDate |
2024 |
| url |
https://es-journal.in.ua/article/view/301754 |
| work_keys_str_mv |
AT vasyaninvolodymyro researchoftheoptimizationproblemofstructurehierarchicalcommunicationnetworkwithchangingitsparameters AT trofymchukoleksandrm researchoftheoptimizationproblemofstructurehierarchicalcommunicationnetworkwithchangingitsparameters AT ushakovaliudmylap researchoftheoptimizationproblemofstructurehierarchicalcommunicationnetworkwithchangingitsparameters AT vasyaninvolodymyro doslídžennâzadačíoptimízacíístrukturiíêrarhíčnoíkomuníkacíjnoímerežíprizmíníííparametrív AT trofymchukoleksandrm doslídžennâzadačíoptimízacíístrukturiíêrarhíčnoíkomuníkacíjnoímerežíprizmíníííparametrív AT ushakovaliudmylap doslídžennâzadačíoptimízacíístrukturiíêrarhíčnoíkomuníkacíjnoímerežíprizmíníííparametrív |
| first_indexed |
2025-07-17T11:19:29Z |
| last_indexed |
2025-07-17T11:19:29Z |
| _version_ |
1850411278039777280 |
| spelling |
es-journalinua-article-3017542024-05-31T13:43:50Z Research of the optimization problem of structure hierarchical communication network with changing its parameters Дослідження задачі оптимізації структури ієрархічної комунікаційної мережі при зміні її параметрів Vasyanin, Volodymyr O. Trofymchuk, Oleksandr M. Ushakova, Liudmyla P. hierarchical communication networks discrete flows and parameters optimization problems computer modeling ієрархічні комунікаційні мережі дискретні потоки і параметри задачі оптимізації комп'ютерне моделювання The article is devoted to the study of the problem of optimizing the hierarchical structure of a multicommodity communication network with discrete flows when changing its important parameters, such as the capacity of network arcs in transport blocks and the size of the transport block for transportation of the discrete small-lot cargo or of the data transmission in a digital communication network. The network has three levels of hierarchy – a backbone, a zonal and an internal and four types of nodes - backbone nodes of the first, second and third types, forming the backbone and zonal levels of the network, and nodes of the fourth type, which subordinate to each backbone node and forming the internal levels of the network. Types of nodes differ from each other in terms of functionality. The main task of the study is to establish how the structure of the backbone network changes (the number and location of backbone nodes of the first, second, and third types), the flow processing and distribution scheme, and the technical and economic indicators of the network's functioning for different values of its parameters. The principles of organization of sorting and distribution of flows in a three-level network and its mathematical model are given. A mathematical model of the optimization problem of the backbone network structure and flow sorting and distribution scheme is formulated. Algorithms for solving the problem are based on the discrete analogue of the local descent method proposed by the authors earlier, when the neighborhoods of the metric space of possible solutions are chosen based on heuristic considerations, taking into account the specifics of the problem being solved. Computer modeling of the problem on a network containing 10 nodes at the specified change in the both parameters is carried out. The modeling was carried out on the example of the transport network of cargo transportation using a computer program that is part of the instrumental software of the Information and Analytical Decision Support System (IA DSS), which is being developed at the Institute of Telecommunications and Global Information Space of the National Academy of Sciences of Ukraine. An experimental study of solution the problem showed that the structure of the network is weakly dependent on the change in the carrying capacity of the arcs and the size of the transport block. The proposed computer technology for solving problem when the network parameters are changed allows you to interactively modeling various options of a network, changing the topology, hierarchical structure, flows, parameters and constraints of the model and from the set of the obtained solutions to choose a best option, taking into account the selected a goal function and the accepted constraints; calculate preliminary technical and economic indicators of the network's functioning, estimate the cost of additional resources and plan the amount of investment required for the modernization and construction of its structural elements, which ultimately makes it possible to increase the efficiency functioning of the network by optimizing use of its resources and reducing the operating costs for the processing and transportation of flows. Стаття присвячена дослідженню задачі оптимізації ієрархічної структури багатопродуктової комунікаційної мережі з дискретними потоками при зміні її важливих параметрів, таких як пропускна спроможність дуг мережі у транспортних блоках та розмір транспортного блоку для перевезення дискретних вантажів або передачі даних у мережі цифрового зв’язку. У мережі виділено три рівні ієрархії – магістральний, зональний і внутрішній і чотири типи вузлів – магістральні вузли першого, другого і третього типу, що утворюють магістральний і зональний рівні мережі, і вузли четвертого типу, які підлеглі кожному магістральному вузлу і утворюють внутрішні рівні мережі. Типи вузлів відрізняються один від одного функціональними можливостями. Основним завданням дослідження є встановити, як змінюється структура магістральної мережі (кількість і розташування магістральних вузлів першого, другого і третього типу), схема обробки і розподілу потоків і техніко-економічні показники функціонування мережі для різних значень її параметрів. Наведено принципи організації сортування і розподілу потоків в трирівневій мережі і її математична модель. Сформульовано математичну модель задачі оптимізації структури магістральної мережі і схеми сортування і розподілу потоків. Алгоритми розв’язання задачі засновані на запропонованому раніше авторами дискретному аналогу методу локального спуску, коли околиці метричного простору можливих розв’язків вибираються з евристичних міркувань з урахуванням особливостей розв'язуваної задачі. Проведено комп'ютерне моделювання задачі на мережі, що містить 10 вузлів при заданій зміні обох параметрів. Моделювання проводилося на прикладі транспортної мережі перевезення вантажів за допомогою комп'ютерної програми, яка є частиною інструментальних програмних засобів інформаційно-аналітичної системи підтримки прийняття рішень (ІАС ППР), що розробляється в Інституті телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України. Експериментальне дослідження розв’язання задачі показало, що структура мережі слабко залежить від зміни пропускної спроможності її дуг і розміру транспортного блоку. Запропонована комп'ютерна технологія розв'язання задачі при зміні параметрів мережі дозволяє проєктувальнику в інтерактивному режимі моделювати її різні варіанти, змінюючи топологію, ієрархічну структуру, потоки, параметри і обмеження моделі, і з множини отриманих розв’язків вибирати найкращий варіант з урахуванням обраної функції мети і прийнятих обмежень; розраховувати попередні техніко-економічні показники функціонування мережі, оцінювати вартість додаткових ресурсів і планувати величину потрібних інвестицій на модернізацію та будівництво її структурних елементів, що в кінцевому підсумку дає можливість підвищити ефективність функціонування мережі за рахунок оптимізації використання її ресурсів і зниження експлуатаційних витрат на обробку і транспортування потоків. Kyiv National University of Construction and Architecture 2024-03-29 Article Article application/pdf https://es-journal.in.ua/article/view/301754 10.32347/2411-4049.2024.1.99-125 Environmental safety and natural resources; Vol. 49 No. 1 (2024): Environmental safety and natural resources; 99-125 Екологічна безпека та природокористування; Том 49 № 1 (2024): Екологічна безпека та природокористування; 99-125 2616-2121 2411-4049 10.32347/2411-4049.2024.1 uk https://es-journal.in.ua/article/view/301754/293861 Copyright (c) 2024 Vasyanin V.O., Trofymchuk O.M., Ushakova L.P. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |